一种防雷过压保护器件制造技术

本发明专利技术公开了一种防雷过压保护器件，包括第一压敏电阻片、第二压敏电阻片、正温度系数热敏电阻片、气体放电管和引出端子，所述气体放电管与所述第一压敏电阻片串联后与所述正温度系数热敏电阻片并联，该串并联支路再与所述第二压敏电阻片串联，形成一个单端口组合电路，其中，所述第一压敏电阻片和气体放电管耐受电涌冲击的性能均高于所述第二压敏电阻片耐受电涌冲击的性能；所述单端口组合电路的两个引出端子中至少有一个为低热阻导热端头，所述第二压敏电阻片与所述正温度系数热敏电阻片热耦合，所述低热阻导热端头与所述第二压敏电阻片、所述正温度系数热敏电阻片中的其中一个或两个同时相互热耦合。

【技术实现步骤摘要】
一种防雷过压保护器件
本专利技术涉及电源领域，特别涉及一种防雷过压保护器件。
技术介绍
浪涌保护器(简称SPD)作为一种标准的低压电器，广泛应用于低压输配电线路中，可对线路中出现的由雷电等引起的电涌进行有效的吸收和抑制，对改善电网输电质量、保证用电电器安全具有明显的作用。SPD的核心部件是浪涌抑制元件，最常用的是压敏电阻陶瓷芯片。由于输配电线路传输距离较长，又容易暴露在露天，相比室内电器设备更容易遭受高能量电涌脉冲，在SPD的设计寿命期内，压敏电阻陶瓷芯片更容易遭到超过额定规格的高能量电涌的多次冲击，造成压敏电阻的劣化失效。由于压敏电阻是短路失效模式，一旦击穿失效，就会引起供电线路短路故障，击穿点会出现炸裂、冒烟、拉弧、严重时甚至会造成起火燃烧。改善方案一是最常用的方法，具体原理图见附图1，在压敏电阻陶瓷芯片1的两个端面电极上，分别焊接连接一片导电和导热性能都优异的薄铜片电极2，薄铜片电极2预制有引出端子3，薄铜片电极2在起到导电电极作用的同时也与压敏电阻陶瓷芯片1形成热耦合，能将压敏电阻陶瓷芯片1产生的热量传导到引出端子3上。在其中一个引出端子3上用低熔点合金5焊接一片弹性金属片4形成过热脱离器。当压敏电阻陶瓷芯片1劣化到漏电流进入毫安级时，开始进入加速劣化区，漏电流会使压敏电阻陶瓷芯片1发热促使漏电流进一步增大，又加速了压敏电阻陶瓷芯片1发热，最终将使压敏电阻陶瓷芯片1热击穿。当热量达到低熔点合金5熔断温度时，过热脱离器动作切断电源，使压敏电阻陶瓷芯片1在击穿短路前退出电网，达到了保护的目的。该方案可将大部份压敏电阻陶瓷芯片1的失效模式从恶性的短路模式转换为影响很小的开路模式，极大地提高了SPD的安全性。但是该方案仍然还存在一些缺陷，由于过热脱离器的动作需要延迟数秒时间，而压敏电阻陶瓷芯片1漏电流进入毫安级开始加速劣化发热时，瓷体内部的缺陷已经很严重了，有部份芯片的缺陷严重到从开始发热到击穿短路的时间很短，热量还来不及传导到过热脱离器将低熔点合金5熔化，短路事故就发生了。另外一种并不少见的情况就是当压敏电阻陶瓷芯片1劣化到临近加速劣化区时，这时压敏电阻陶瓷芯片1的漏电流还小于毫安级，还能够维持热稳定，还能够在电网的工作电压下维持工作，但它此时的压敏电压值已经比刚开始投入使用时的初始值有明显的大幅度下降，这时的压敏电阻陶瓷芯片1的抗电涌冲击的能力已经很脆弱了，一个能量不算太大的电涌都可以将它击穿或接近击穿，此时它的击穿短路速度也是太快，过热脱离器来不及响应动作而起不到保护作用。改善方案二是申请号为201310268111.6的中国专利技术专利，其原理图见附图2，将正温度系数陶瓷热敏电阻片12与气体放电管13并联后再与压敏电阻片11串联，并且热敏电阻片12与压敏电阻片11焊在一起形成热耦合，引出端14和引出端15并联在被保护电源线路上，焊接引线后采用环氧树脂包封、固化，形成封装层16。其特点是当压敏电阻片11劣化到漏电流显著增大开始发热进入加速劣化区后，发热温度耦合到正温度系数陶瓷热敏电阻片12，使其受热后阻值上升，减少了流入压敏电阻片11的漏电流，起到了延长劣化时间的作用，并且压敏电阻片11的发热温度达到热敏电阻片12的居里温度点后，正温度系数陶瓷热敏电阻片12变为高阻状态，限制了漏电流的增大，强制压敏电阻片11在居里温度点附近达到热平衡，压敏电阻片11可以带病在电网工作电压下维持工作。但是该方案仍然存在一些严重的缺陷，首先是由于正温度系数陶瓷热敏电阻片12的限流作用，压敏电阻片11劣化得再厉害，发热温度也只维持在热敏电阻片12的居里点温度附近，不会脱离电网退出工作，直到压敏电阻片12的压敏电压值劣化降低到电网工作电压峰值的约二分之一时，当又一个电涌冲击将串联的放电管导通后，过低的压敏电压值箝不断跟随的电网电流，致使气体放电管13返回不了断开状态，就会将热敏电阻片12短路，保护电路失效，此时压敏电阻片11将立即击穿短路，造成严重的短路故障。理论上讲，如果没有其它的防护措施，大部分压敏电阻都会以这种方式失效。另外一种失效过程与方案一的情况类同，即当压敏电阻片11劣化到一定程度，即使还没有进入加速劣化区，但因其内部结构已经被严重破坏，其耐受电涌冲击的能力已经大幅度下降，此时一个电涌就可以将其击穿或接近击穿，而此时气体放电管13也处于导通状态，击穿或接近击穿的压敏电阻片11同样也丧失了箝断电网跟随电流的能力，导致热敏电阻片12保护电路失效，造成严重的短路故障。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种防雷过压保护器件。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种防雷过压保护器件，包括第一压敏电阻片、第二压敏电阻片、正温度系数热敏电阻片、气体放电管和引出端子，所述气体放电管与所述第一压敏电阻片串联后与所述正温度系数热敏电阻片并联，该串并联支路再与所述第二压敏电阻片串联，形成一个单端口组合电路，其中，所述第一压敏电阻片和气体放电管耐受电涌冲击的性能均高于所述第二压敏电阻片耐受电涌冲击的性能；所述单端口组合电路的两个引出端子中至少有一个为低热阻导热端头，所述第二压敏电阻片与所述正温度系数热敏电阻片热耦合，所述低热阻导热端头与所述第二压敏电阻片、所述正温度系数热敏电阻片中的其中一个或两个同时相互热耦合。使用时，在所述低热阻导热端头连接过热脱离器，所述正温度系数热敏电阻片的居里温度点高于所述过热脱离器的动作温度。本专利技术的工作原理分析如下：由第一压敏电阻片、气体放电管、第二压敏电阻片组成的串联回路是吸收电涌脉冲的主通道，当没有电涌脉冲时压敏电阻均处于高阻状态，气体放电管处于断开状态，该支路呈开路状态。电涌到来时，压敏电阻均呈低阻状态，气体放电管呈导通状态，电涌能量由此回路泄放。此时，气体放电管上的压降非常低可忽略不计，SPD的限压保护水平可认为是第一压敏电阻片的残压值与第二压敏电阻片的残压值之和。电涌消失后，压敏电阻片均回到高阻状态，箝断了放电管的续流，使放电管回到断开状态。为了确保电涌通道中的元器件劣化要从第二压敏电阻片开始，在耐受电涌冲击能力选择上，应遵循第一压敏电阻片和气体放电管的耐受能力大于第二压敏电阻片的原则，以达到当第二压敏电阻片已经显著劣化，开始启动热保护回路时，第一压敏电阻片和放电管还基本完好的目的。另一条回路是由第二压敏电阻片与正温度系数热敏电阻片串联而成的热保护支路，并通过导热端头连接到过热脱离器。当元件完好无电涌时，由于处于高阻不导通状态，流过第二压敏电阻片的漏电流极小(微安级)，保护支路不发热。即使当电涌来临时，由于正温度系数热敏电阻片在常温下仍有几十到几百欧姆的阻值，而与其并联的第一压敏电阻片与气体放电管的串联支路在吸收电涌导通状态下其动态电阻可低至零点几欧姆，绝大部份浪涌电流从这个支路通过。并且正温度系数热敏电阻片两端的电压还被限制在第一压敏电阻片的残压值，流过热敏电阻的浪涌电流在此条件下最多也就是安倍级，在很短的时间内热敏电阻产生的热量极小而电涌就消失了，保护支路会因发热微弱而不动作。本专利技术的失效机理分析如下：当第二压敏电阻片劣化到漏电流达到毫安级进入加速劣化区后，由耦合到的第二压敏电阻片产生的热量和增大的漏电流引起的发热，促使正温度系数热敏电阻片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防雷过压保护器件，包括第一压敏电阻片(4)、第二压敏电阻片(1)、正温度系数热敏电阻片(2)、气体放电管(3)和引出端子(5)，其特征在于，所述气体放电管(3)与所述第一压敏电阻片(4)串联后与所述正温度系数热敏电阻片(2)并联，该串并联支路再与所述第二压敏电阻片(1)串联，形成一个单端口组合电路，其中，所述第一压敏电阻片(4)和气体放电管(3)耐受电涌冲击的性能均高于所述第二压敏电阻片(1)耐受电涌冲击的性能；所述单端口组合电路的两个引出端子(5)中至少有一个为低热阻导热端头，所述第二压敏电阻片(1)与所述正温度系数热敏电阻片(2)热耦合，所述低热阻导热端头与所述第二压敏电阻片(1)、所述正温度系数热敏电阻片(2)中的其中一个或两个同时相互热耦合。

【技术特征摘要】
2018.07.12 CN 20181076706801.一种防雷过压保护器件，包括第一压敏电阻片(4)、第二压敏电阻片(1)、正温度系数热敏电阻片(2)、气体放电管(3)和引出端子(5)，其特征在于，所述气体放电管(3)与所述第一压敏电阻片(4)串联后与所述正温度系数热敏电阻片(2)并联，该串并联支路再与所述第二压敏电阻片(1)串联，形成一个单端口组合电路，其中，所述第一压敏电阻片(4)和气体放电管(3)耐受电涌冲击的性能均高于所述第二压敏电阻片(1)耐受电涌冲击的性能；所述单端口组合电路的两个引出端子(5)中至少有一个为低热阻导热端头，所述第二压敏电阻片(1)与所述正温度系数热敏电阻片(2)热耦合，所述低热阻导热端头与所述第二压敏电阻片(1)、所述正温度系数热敏电阻片(2)中的其中一个或两个同时相互热耦合。2.根据权利要求1所述的一种防雷过压保护器件，其特征在于，所述第一压敏电阻片(4)的第一压敏电阻片电极面(41)面积大于所述第二压敏电阻片(1)的第二压敏电阻片电极面(11)面积。3.根据权利要求1所述的一种防雷过压保护器件，其特征在于，所述第一压敏电阻片(4)的标称直径至少大于所述第二压敏电阻片(1)的标称直径一个序列号。4.根据权利要求1所述的一种防雷过压保护器件，其特征在于，所述第一压敏电阻片(4)的压敏电压值是所接入的电网工作电压峰值的0.5至1倍。5.根据权利要求1所述的一种防雷过压保护器件，其特征在于，所述第二压敏电阻片(1)的一个第二压敏电阻片电极面(11)上焊接连接有正温度系数热敏电阻片(2)和气体放电管(3)，所述正温度系数热敏电阻片(2)和气体放电管(3)的另一个电极上分别连接有所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张治成，叶磊，詹俊鹄，章俊，石小龙，
申请(专利权)人：成都铁达电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51